KUNDENERFOLGSGESCHICHTE
LASER FRAMEWORK SETZT BEI SIEMENS’ DIGITAL FACTORY NEUE MASSSTÄBE
Dank der Unterstützung bei der Coherent und der Coherent FrameWork“-Software kann Siemens sein ID-Link-Fertigungsprogramm erfolgreich umsetzen.
Für Hersteller wird es immer wichtiger, ihre Produkte mit eindeutigen Kennzeichnungen zu versehen. Dies dient zum einen der Erfüllung behördlicher Vorschriften. Zum anderen steigt sowohl bei gewerblichen Anwendern als auch bei Verbrauchern die Nachfrage nach einer lückenlosen Rückverfolgbarkeit der Produkte.
Regierungen und Industrie erwarten zudem von den Herstellern, dass sie ihren CO₂-Fußabdruck verringern und Produkte mit umweltfreundlicheren Verfahren herstellen. Diese Anforderungen an eine bessere Rückverfolgbarkeit und Dokumentation können jedoch mit umweltfreundlicheren Produktionsmethoden manchmal in Konflikt stehen. Dies gilt insbesondere für die Einhaltung von Compliance-Standards, die oft einen hohen Papieraufwand mit sich bringen.
Der führende Fertigungskonzern Siemens hat mit seiner Initiative „ID Link“ – einem vollständig digitalen Ansatz für die Produktdokumentation – eine effektive Lösung entwickelt, um beiden Anforderungen gerecht zu werden. UndLaserbeschriften von Coherent die Präzision erzeugen und sich nahtlos in die digitale Fabrik integrieren lassen, sind eine Schlüsseltechnologie für die Umsetzung des ID-Link-Programms in der Produktion.
DIE HERAUSFORDERUNG DER KENNZEICHNUNG
Die Anbringung der ID-Link-Markierungen in einer Massenproduktionsumgebung stellt erhebliche technische Herausforderungen dar. Einige davon hängen mit der Markierung selbst zusammen. Insbesondere enthält der ID-Link-QR-Code eine beträchtliche Datenmenge. Ist das Produkt selbst physisch klein, muss diese Markierung in sehr hoher Auflösung angebracht werden, um lesbar zu bleiben.
Zudem ist es üblich, während des Markierungsvorgangs weit mehr als nur den ID-Link aufzubringen. In der Regel werden dabei zahlreiche weitere Markierungen und Symbole angebracht. Abbildung 1 zeigt ein typisches Produkt aus dem Bereich „Factory Automation“ von Siemens. Es wird tatsächlich auf zwei Seiten markiert.
Bei der Erzeugung der erforderlichen Markierungen auf diesem speziellen Gerät gibt es noch einige weitere Herausforderungen. Eine davon ist, dass ein Teil der Oberfläche des Geräts vertieft ist. Das heißt, er liegt tiefer als der Rest der Oberfläche. Daher muss das Markierungssystem in der Lage sein, die Fokussierung anzupassen, um eine hochauflösende Markierung über die gesamte Oberfläche zu erzielen.
Außerdem befinden sich mehrere Markierungen neben den LED-Anzeigen. Daher ist die genaue Position der Markierungen von Bedeutung. Jede Ziffer muss also neben der richtigen LED erscheinen. Darüber hinaus legt Siemens Wert auf eine einheitliche Darstellung bei allen Geräten – die Markierungen sollten bei jedem Gerät immer im gleichen Abstand zur LED erscheinen.
Die Schwierigkeit bei der Herstellung dieser Markierungen wird dadurch noch verstärkt, dass viele Produkte der industriellen Automatisierung von Siemens in extrem hohen Stückzahlen gefertigt werden. Daher muss die Taktzeit für einen bestimmten Prozess (wie das Anbringen all dieser Kennzeichnungen) kurz sein. Buchstäblich nur wenige Sekunden.
Eine weitere Herausforderung bei der Implementierung von ID Link in der Produktion ist softwarebezogen. Insbesondere muss das Markierungssystem mit anderen Fabrikautomations- und Fertigungssteuerungssystemen (MES) verbunden sein, um die für die korrekte Identifizierung des Teils erforderlichen Informationen zu erhalten und anschließend die spezifischen Angaben (Seriennummer usw.) für die Markierung selbst abzurufen. Nach der Markierung Lasersystem das Lasersystem Daten über das fertige Teil an die Produktionssteuerungssoftware zurücksenden.
ENTWICKLUNG VON KENNZEICHNUNGSSYSTEMEN
„Wir haben für diese Anwendung zu keinem Zeitpunkt in Betracht gezogen, eine andereLaserbeschriften einzusetzen“, erklärt Tobias Mittnacht, Projektleiter bei ID Link bei Siemens. „Wir produzieren ein hochwertiges Produkt in großen Stückzahlen und wünschen uns eine gut lesbare Markierung, die optisch ansprechend ist und der Qualität sowie dem wahrgenommenen Wert unseres Bauteils entspricht. Außerdem muss die Markierung unauslöschlich sein; diese Teile werden von den Anwendern häufig in die Hand genommen, und wir möchten nicht, dass sich die Markierung ablöst oder verschmiert.“
„Außerdem müssen wir in der Lage sein, diese Markierungen schnell zu erzeugen und das Markierungsmuster rasch anzupassen, wenn unterschiedliche Teilevarianten vom Band laufen. Und schließlich benötigen wir, um die Markierung vollständig in unsere digitale Fabrik zu integrieren, ein Markierungssystem, das jede einzelne Markierung automatisch auf der Grundlage der Daten aus unserem PLM-System generiert. Laserbeschriften die einzige Technologie, die all diese Anforderungen erfüllt“, fügt Herbert Biller hinzu.
Um in diesem Fall die eigentliche Markierung zu erzeugen, muss eine dünne Schicht aus dunklem Thermoplast entfernt werden, um den darunterliegenden helleren Kunststoff freizulegen. Ein im Infrarotbereich arbeitenderNd:YVO₄-Laser ist für diese Aufgabe die ideale Lichtquelle. In einigen Fällen, in denen das jeweilige Polymer im IR-Bereich nicht gut absorbiert, wird stattdessen ein UV-Nd:YVO₄-Laser verwendet.
Die von Coherent diese Anwendung vorgestellte Hardware-Lösung war eine PowerLine Laserbeschriften . Diese vereint einen Nd:YVO₄-Lasermit einem Galvanometer und Linse sowie die gesamte erforderliche Steuerelektronik. Das eigentliche Produktionssystem nutzt zwei Laser, um beide Seiten des Bauteils gleichzeitig und unabhängig voneinander zu beschriften. Im Scanner kommt ein Schnellfokussiermodul zum Einsatz, das die Oberfläche mit zwei unterschiedlichen Höhen markiert. Dadurch kann der Scanner neu fokussieren und unabhängig von der Oberflächenhöhe eine möglichst scharfe Markierung erzeugen.
Ein wesentlicher Faktor für die Erzielung der erforderlichen Markierungsgenauigkeit ist das integrierteLinse TTL) PartVision. Es prüft und verifiziert das Teil vor der Markierung und teilt dem Scanner mit, wie er sich auf Positionsabweichungen einstellen muss, die durch Toleranzen bei der Materialhandhabung und beim Teiletransport verursacht werden.
PartVision ist notwendig, da es jegliche Abweichungen zwischen der Sicht des Bildverarbeitungssystems und der des Laserscanners verhindert. Dasselbe Bildverarbeitungssystem wird auch für die Inspektion nach der Markierung verwendet.
INTEGRATION IN DIE DIGITALE FABRIK
„Wir haben uns für eine Partnerschaft mit Coherent entschieden, Coherent das Unternehmen als einziger Laserhersteller den Grad an vertikaler Integration bietet, den wir benötigen. Das bedeutet insbesondere, dass Coherent die Laserhardware sowie Unterstützung bei der Anwendung zur Optimierung der Prozessrezepte bereitstellt. Dazu gehört auch, dass das Unternehmen über die Fähigkeiten und die Bereitschaft verfügt, alle erforderlichen Softwarekomponenten zu entwickeln, um den Markierer nahtlos in unsere digitale Fabrik zu integrieren“, berichtet Bernhard Mayer, Leiter der Abteilung für die Einführung neuer Maschinen und Produkte.
„Ich glaube, Coherent diese Softwareintegration dank Laser FrameWork so schnell umsetzen. Es ist viel mehr als nur eine Benutzeroberfläche und eine Umgebung zur schnellen Definition neuer Prozessrezepte. Es ist wirklich ein Framework, das die Vernetzung mit anderen Elementen in der digitalen Fabrik ermöglicht.“
„Ein weiterer Vorteil von Laser FrameWork ist die nahtlose Integration des Bildverarbeitungssystems. Die Genauigkeit der Markierungsplatzierung ist für uns von entscheidender Bedeutung, ebenso wie ein sehr schneller Betrieb in unserer Anwendung. Unserer Erfahrung nach ist es sehr schwierig, diese Anforderungen zu erfüllen, wenn man ein Bildverarbeitungssystem eines Drittanbieters an einen Lasermarkierer anschließt. Nur ein integriertes Bildverarbeitungssystem kann die von uns geforderte Präzision bei Bedarf gewährleisten.“
Tobias Mittnacht betont: „Ein Beispiel für die Flexibilität von Laser FrameWork sowie für die Bereitschaft von Coherent unsere spezifischen Anforderungen einzugehen, zeigte sich bei der Implementierung des umgebenden Rahmens für den ID Link. Dieser Rahmen muss sich dynamisch an die Größe des QR-Codes anpassen. Coherent der erste Laserhersteller, der diese Funktion in seiner Software bereitstellte.“
Herbert Biller fügt hinzu: „Ein weiterer Vorteil von Laser FrameWork ist die Abwärtskompatibilität. Wir verfügen über eine große Anzahl bereits installierter Coherent von Coherent . Diese können wir mit Laser FrameWork auf unseren aktuellen Stand bringen. Das erspart uns enorme Investitionskosten.“
Die digitale Fertigung gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie es Unternehmen ermöglicht, schneller auf sich ändernde Anforderungen zu reagieren, die Produktionseffizienz zu steigern, den Arbeitsaufwand zu senken und die Qualität zu verbessern. Mit Coherent FrameWork können Coherent erfolgreich in der digitalen Umgebung eingesetzt werden. Und dank der Unterstützung durch Coherent der Entwicklung von Anwendungen auf Basis des Laser FrameWork lassen sich diese Lösungen schnell in die Produktion überführen.
„Die Lösung, die wir von Coherent erhalten haben, Coherent einzigartig, und kein anderer Laserhersteller konnte damit mithalten. Sie waren der erste Anbieter von Markiersystemen, der die Anforderungen unserer digitalen Fabrik erfüllen konnte.“
DAS ID-LINK-KONZEPT
Die Internationale Elektrochemische Kommission hat eine Norm (IEC 61406-1) zur Produktkennzeichnung erarbeitet, die weltweit zunehmend Anwendung findet. Darin ist festgelegt, dass jede einzelne Produkteinheit mit einer eindeutigen Kennzeichnung versehen sein muss, die einen Link (URL) zu digitalen Informationen über dieses Produkt enthält.
Der Siemens ID Link wurde entwickelt, um diesen Standard zu erfüllen, und bietet einen umweltfreundlichen Ansatz zur Erfüllung der Anforderungen an Produktkennzeichnung, Dokumentation und Konformität. Ein ID Link ist ein eindeutiger QR-Code, der das „digitale Typenschild“ des Produkts bildet. Er enthält Informationen wie die Teilenummer, die Seriennummer und sogar die MAC-Adresse für Produkte, die im IoT (Internet der Dinge) eingesetzt werden. Der Kunde kann den ID Link leicht erkennen, da er immer von einem standardisierten quadratischen Rahmen mit einer dreieckigen Ecke unten rechts umgeben ist.
Durch das Scannen dieses ID-Link-QR-Codes gelangt der Nutzer auf eine Webseite mit umfassenden Produktinformationen. Dazu können Datenblätter, Handbücher, Kalibrierprotokolle, Konformitätsbescheinigungen, Downloads, Ansprechpartner für Siemens-Produkte und sogar Informationen zum CO₂-Fußabdruck des Produkts gehören.
Durch die digitale Bereitstellung all dieser Informationen entfällt ein regelrechter Berg an Papierkram. Außerdem stehen dem Nutzer alle Informationen sofort zur Verfügung. Man muss nie wieder nach einem verlegten Handbuch suchen.
Derzeit arbeitet Siemens daran, ID Link in allen Produkten der beiden größten Unternehmensbereiche – Digital Industries und Smart Infrastructure – zu implementieren. Die Initiative befindet sich in der Pilotphase in einem Siemens-Werk in Amberg; diese Anlage gehört zum Geschäftsbereich Factory Automation innerhalb der Sparte Digital Industries. Das Werk von Factory Automation stellt Produkte für die industrielle Automatisierung her.
Abbildung 1: Beschriftungen auf dem Siemens SIMATIC ET 200SP-Schnittstellenmodul. Ein Großteil dieser Angaben ist auch an der Seite des Geräts zu finden.
Abbildung 2: Der Coherent PowerLine vereint einen Nd:YVO₄-Laser, eine leistungsstarke Abtastvorrichtung, Strahlführungsoptik, Antriebselektronik und leistungsstarke Steuerungssoftware zu einer schnellen, flexiblen und präzisen Markierplattform.
Abbildung 3: Die in Laser FrameWork integrierten Bildverarbeitungs- und Mustererkennungsfunktionen gewährleisten in Kombination mit einem TTL-Bildverarbeitungssystem die Genauigkeit der Markierungsplatzierung.